Microbioma e innovazione. - Centro Stress Ossidativo

BMR GENOMICS
SPIN OFF UNIVERSITÀ DI PADOVA
Barbara Simionati
Microbioma e innovazione
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OVERVIEW
Cos'è?
Cosa fa?
Come si forma?
Perchè ci interessa?
Come si studia?
Quale futuro?
Letture
Progetto microbioma italiano
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Microbioma e Microbiota
Cosa sono?
Batteri
Cellule
(trigliardi)
Geni (migliaia)
Uomo
100
10
2000
20
99% batteri si trova nell’intestino
Più di 1000 specie di batteri
… ma anche funghi, archea, e virus
3
99% batteri si trova nell'intestino
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SVILUPPO DEL MICROBIOMA
5
IL RUOLO DEL MICROBIOMA?
6
PERCHE’ IL MICROBIOMA?
J_F. BACH - N Engl J Med, Vol. 347, No. 12 - 2002
Obesità
Diabete
Cancro al colon
Morbo di Crohn
Colite ulcerativa
Intestino irritabile
Artrite reumatoide
Asma
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Depressione
Ansia
Schizofrenia
Parkinson
Ischemia
Ipertensione
Malattie circolatorie
Autismo
IPOTESI
1. Antibiotici
2. Dieta
3. Eliminazione degli
enteropatogeni (elminti)
4. Vaccinazione e riduzione
dell’esposizione a malattie
infettive
5. Taglio cesareo e
allattamento artificiale
8
L’INNOVAZIONE
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L’INNOVAZIONE
Il sequenziamento del DNA
❖
Prima generazione (Sanger)
❖
Seconda generazione
(NGS o NextGen)
X1
X 50 Milioni
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IL SEQUENZIAMENTO
Prima generazione (Sanger)
Batterio
isolato
Seconda generazione (NGS)
Comunità
microbica
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COSA CONOSCIAMO DEL MONDO DEI MICRORGANISMI
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❖
Metodi coltura dipendenti
❖
Metodi coltura indipendenti
COME SI STUDIA?
La maggior parte dei batteri non cresce in vitro
Si legge l’informazione contenuta negli
acidi nucleici (DNA o RNA).
La sequenza dei nucleotidi può essere
letta tramite la tecnologia del
Sequenziamento del DNA ed
interpretata.
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COME SI STUDIA?
IL GENE 16S rRNA
❖ Ubiquitario nei procarioti
❖ Lunghezza informativa (circa 1500 bp)
❖ Regioni ipervariabili (V1-V9) e regioni conservate
❖ Database aggiornati (Greengenes, Silva, RDP)
❖ Sequenziamento totale o parziale del gene e confronto con database permettono l’identificazione
del microrganismo
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COME SI STUDIA?
16S rRNA
BARCODE
Next Generation DNA
Sequencing (NGS)
Rivoluzione tecnologica
Dal 2005
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DAL CAMPIONE
ALL’IDENTIFICAZIONE
DNA
LIBRERIA
SEQUENZIAMENTO
COMUNITA’
MICROBICA
Miseq
Illumina
DATI
ANALISI
BIOINFORMATICA
Il DNA batterico viene estratto e preparato per essere sequenziato.
Le sequenze vengono analizzate con software bioinformatici per
identificare la comunità batterica.
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L’ANALISI BIOINFORMATICA
Batteri
Le sequenze prodotte dal
sequenziatore sono raccolte
in file testuali molto grandi
(anche diversi Giga byte)
16S rRNA
Le sequenze devono essere
elaborate con software
bioinformatici ad hoc.
OTU
33.3%
OTU
16.6%
OTU
50%
OTU (Unità Operativa Tassonomica) sono cluster di sequenze simili
del gene 16S rRNA e rappresentano specie o generi batterici.
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L’ANALISI BIOINFORMATICA
Le percentuali delle OTU
vengono trasformate in
abbondanza relativa dei
batteri per ogni livello
tassonomico.
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L’ANALISI BIOINFORMATICA
L’analisi bioinformatica permette di trovare le differenze nella
comunità microbica dei campioni dovute a:
- composizione in specie
- abbondanza relativa.
PCoA
Queste differenze possono
raggruppare o meno i
campioni all’interno di un
sistema di riferimento.
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QUALE FUTURO
Trapianto fecale
Probiotici e prebiotici
Farmaci
Batteri ingegnerizzati
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LETTURE
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Barbara Simionati
[email protected]
Progetto microbioma italiano
www.microbiomaitaliano.it
[email protected]
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